پروتون، ریزتر است؟

برگردان: احسان سنایی

پژوهش‌گران اخیراً با اعلام کوچک‌تر بودن ابعاد بنیادین‌ترین ساختار سازنده‌ی جهان مرئی‌مان یعنی پروتون از آنچه تا پیش‌تر تصورش می‌رفت؛ حقیقتاً بمبی را میان فرضیات حاکم بر جهان ریز ذرات زیراتمی منفجر کردند. به بیانی، محاسبات مجدّدی که اخیراً در نشریه‌ی علمی نیچر انتشار یافته‌، تا ۴ درصد از شعاع متصوّره‌ی پیشین پروتون را تراشیده شده و این یعنی سرآغاز یک پرسش.

تفاوت چندان زیاد نیست، آن‌هم با درنظر گرفتن ابعاد شدیداً ریز این ذره؛ اما چنانچه صحت چنین ادعایی در آزمایشات آتی به اثبات رسد، این یافته می‌تواند که اساسی‌ترین قوانین «الکترودینامیک کوانتومی» را به چالش کشد؛ نظریه‌ای که گویای نحوه‌ی برهم‌کنش متقابل نور و ماده است. تیمی متشکل از ۳۲ دانشمند بین‌المللی، به سرپرستی دکتر «رندولف پل» از انیستیتو پلانک آلمان، پژوهش‌شان را صرفاً به‌منظور تأیید مفروضات پیشین که طی سال‌ها حالتی محترم به خود گرفته‌ بودند، و به‌منظور تکذیب‌شان – که شاید امری محال می‌نمود – کلید زدند.

تا چندین دهه فیزیکدانان حوزه‌ی ذرات بنیادین، از اتم هیدروژن به‌عنوان مبنایی برای محاسبه‌ی ابعاد پروتون – که جزئی جدایی‌ناپذیر از هسته‌های اتمی‌ست – بهره می‌گرفته‌اند. مزیت هیدروژن در این بین، سادگی بی‌اندازه‌‌اش است: فقط یک الکترون، به گرد یک پرتون.

طرحی شماتیک از یک اتم / طرح از Mehau Kuliyk / Science Photo Library

چنانچه این پژوهش اثبات عملی یابد، هرآنچه از محاسبات پیشین بدست‌ آمده، با تفاوتی ریز اما تعیین‌کننده نادرست خواهد بود. دکتر «پل ایندلیکاتو»؛ سرپرست آزمایشگاه «کاستلر بروسل» دانشگاه «پیر، و ماری کوری» پاریس و نیز از کمک‌نویسندگان این پژوهش می‌گوید: «تصورش را هم نمی‌کردیم که اختلافی میان محاسبات ما و نمونه‌های معروف صورت‌پذیرفته از [ابعاد] پروتون [در گذشته] وجود داشته باشد.»

نخستین ایده‌های این نوع از محاسبات جدیدی که دقت‌اش دست‌کم ۱۰ برابر از هر تلاشی که تاکنون در این زمینه صورت گرفته، بیشتر است؛ حدوداً ۴۰ سال پیش در اندیشه‌ی فیزیکدانان آن روزگار جولان می‌داد؛ حال‌آنکه پیشرفت‌های اخیر حوزه‌ی فناوری بدان جامه‌ی عمل پوشاند. اساس آن هم جایگزینی یک «موئون» منفی با الکترون اتم هیدروژن است؛ ذره‌ای با بار دقیقاً برابر با الکترون، اما ۲۰۰ بار سنگین‌تر و البته ناپایدار. این جرم بیشتر، هیدروژن موئونی را کوچک‌تر کرده و برهمکنش هسته (یا همان پروتون) با موئون گردنده در مدار را شدیداً افزایش می‌دهدکه نتیجتاً ساختار پروتون را می‌توان دقیق‌تر از هیدروژن عادی محاسبه کرد.

دکتر «جف فلاورز»، پژوهش‌گری در آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا در تدینگتون، در نزدیکی لندن؛ طی تفسیری بر این یافته که در همان نشریه‌ی نیچر انتشار یافته، گفته که این کار، قابلیت تغییر قلمرو فرضیات فیزیک ذرات را داراست و این یعنی که چیزی بیشتر از شتاب‌دهنده‌ی چندین‌میلیارد‌دلاری LHC، برای محک زدن مدل استاندارد ذرات بنیادین که خود رونویسی از رفتار انبوه ذرات زیراتمی‌ می‌باشد، نیاز است.

حال، یا محاسبات پیشین که صدها محاسبه خود بر آن‌ها استوارند اشتباه است و یا اینکه فرضیه‌ی الکترودینامیک کوانتومی، خود دچار مشکلاتی‌ست. به هر ترتیب همچنان فیزیکدانان در شرح این تناقضات، تفاسیری ارائه داده‌اند. ایندلیکاتو در این‌باره می‌گوید: «هم‌اکنون، تئوریسین‌ها قصد بازآغاز حل معادلات‌شان را کرده‌اند و آزمایشات بیشتری نیز در رد و یا تأیید این فرض انجام خواهد شد. تا دو سال آینده آزمایشی دیگر را با همین ابزار به‌ثمر خواهیم رساند؛ اما این‌بار با هیدروژن موئونی.»

منبع: Agence France-Press